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熱敏陶瓷

鎖定
熱敏陶瓷是一類其電阻率隨温度發生明顯變化的材料。可用於製作温度傳感器,温度測量,線路温度補償和穩頻等。一般按温度係數可分為電阻隨温度升高而增大的正温度係數(PTC)、電阻隨温度升高而減小的負温度係數(NTC)和電阻在特定温度範圍內急劇變化的臨界温度係數(CTR)等熱敏陶瓷。
中文名
熱敏陶瓷
外文名
heat sensitive ceramics
類    型
功能陶瓷
用    途
製作熱敏電阻器温度傳感器
分    類
熱敏電阻、熱敏電容、熱電和熱釋
特    點
對温度變化敏感

熱敏陶瓷熱敏陶瓷的分類

熱敏陶瓷是對温度變化敏感的陶瓷材料。它可分為熱敏電阻、熱敏電容、熱電和熱釋電等陶瓷材料。在種類繁多的敏感元件中,熱敏電阻應用最廣。熱敏電阻是一種電阻值隨温度變化的電阻元件(或稱電阻器)。
熱敏電阻按阻值隨温度變化不同,分為正温度係數熱敏電阻負温度係數熱敏電阻、臨界温度係數熱敏電阻和線性熱敏電阻四大類。阻值隨温度升高而增加的電阻稱正温度係數(PTC)熱敏電阻,相反,則稱為負温度係數(NTC)熱敏電阻。阻值隨温度變化呈直線的熱敏電阻稱線性熱敏電阻,阻值隨温度變化呈指數(或對數)關係的稱非線性熱敏電阻。在非線性熱敏電阻中,有一類其阻值在一個很窄的温度範圍內可變化(上升或下降)幾個數量級,稱為臨界温度係數熱敏電阻或開關型熱敏電阻 [1] 

熱敏陶瓷熱敏陶瓷的應用

熱敏電阻主要用作電路温度補償元件。金屬氧化物製成的半導體陶瓷熱敏電阻,以氧化釩為主體的玻璃熱敏電阻,硅、鍺單晶熱敏電阻,用V2O3、P2O5、 SiO2、BaO、SrO、CaO等氧化物合成的臨界熱敏電阻(CTR)和以鈦酸鋇為主體的正温度係數熱敏電阻。近年來,隨着硅元件平面工藝的成熟與集成技術的發展,出現了碳化硅單晶碳化硅薄膜熱敏電阻等。 [1] 

熱敏陶瓷PTC熱敏電阻陶瓷

摻雜BaTiO3陶瓷是主要的熱敏陶瓷。BaTiO3的PTC效應與其鐵電性相關,其電阻率突變同居裏温度Tc相對應。但是,沒有晶界的BaTiO3單晶不具有PTC效應。只有晶粒充分半導化,晶界具有適當絕緣性的BaTiO3陶瓷才具有PTC效應。當製備BaTiO3熱鐓陶瓷時,採用施主摻雜使晶粒充分半導化,採用氧氣氛燒結使晶界及其附近氧化,具有適當的絕緣性,緩慢冷卻也使晶界氧化充分,PTC效應增強。
關於BaTiO3的PTC效應,Heywang基於該效應同居裏點相關的事實,認為施主摻雜BaTiO3晶粒邊界存在的二維受主型表面態與晶粒的載流子相互作用,產生晶粒表面的勢壘層。勢壘高度φ與有效介電常數ε成反比。當温度低於居里點時,e約為104,因此,φ很小時,電阻率也小。 [2] 

熱敏陶瓷NTC熱敏電阻陶瓷

NTC熱敏電阻的導電機制同其組成及半導化方法有關。引人高價金屬離子或低價金屬離子,分別產生N型或P型半導體,形成電子導電或空穴導電。在還原氣氛或氧化氣氛中燒結,分別產生N型或P型半導體,形成電子或空穴導電。
常温NTC熱敏電阻陶瓷絕大多數是尖晶石型氧化物,主要是含錳二元系和含錳三元系氧化物。二元繫有MnO-CuO-O2,MnO-CoO-O2,MnO-NiO-O2系,三元繫有Mn-Co-Ni,Mn-Cu-N,Mn-Cu-Co系氧化物等。MnO-CoO-O2系陶瓷含錳23%~60%(質量分數),主晶相是立方尖晶石MnCo2O4和四方尖晶石CoMn2O4,主要導電相是MnCo2O4,其導電機制是全反尖品石氧八面體中Mn4+和Co2+的電子交換。該系的B值和電阻温度係數比MnO-CuO-O2和MnO-NiO-O2系高。 [2] 
參考資料
  • 1.    焦寶祥.功能與信息材料:華東理工大學出版社,2011.05
  • 2.    汪濟奎,郭衞紅,李秋影.新型功能材料導論:華東理工大學出版社,2014.10